超前噪聲對大鼠聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域影響的時間特征.pdf

1、一直以來,對聲源定位的研究是腦科學(xué)研究的焦點問題。以往的聽覺實驗,多關(guān)注于神經(jīng)元對單個純音或噪音的空間反應(yīng)特征。實際上,自然聲環(huán)境是一種復(fù)雜聲環(huán)境,聲信號往往是來自聽空間各個方向連續(xù)出現(xiàn)的復(fù)雜聲,所以探討復(fù)雜聲環(huán)境下腦對聲音信息的處理機制將更有實際意義。
　　本實驗采用常規(guī)電生理細(xì)胞外記錄的方法,記錄大鼠初級聽皮層(primary auditory cortex,AI)神經(jīng)元的聽空間反應(yīng)域,分析聽神經(jīng)元的聽空間反應(yīng)域特性,并在此基

2、礎(chǔ)上,研究超前噪聲對神經(jīng)元聽空間反應(yīng)域的影響如何隨噪聲與探測聲之間的時間間隔的變化而變化,以及兩者的相關(guān)性,從而揭示噪聲與探測聲信號的時間間隔與聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域變化的關(guān)系。
　　研究主要分為三部分:第一部分:自由聲場的建立與空間給聲裝置的研制聲源定位是長久以來聽覺功能研究的熱點問題。在聲源定位研究實驗中,常使用兩種聲場來給予空間聲刺激:一是用虛擬聲場模擬聽空間給予聲刺激;二是自由聲場,通過改變喇叭的空間位置來給予聲刺激,但自

3、由聲場更接近自然聽環(huán)境。本研究設(shè)計、構(gòu)建的自由聲場運動給聲裝置包括機械主體和運動控制兩部分,單個喇叭可以在動物整個聽空間運動。與已有的空間給聲裝置相比,本裝置的特點是:用一個自由運動的喇叭在自由聲場中給予聲刺激,喇叭在運轉(zhuǎn)過程中始終在同一個球面上運動,喇叭的運轉(zhuǎn)半徑的可調(diào)節(jié)。本給聲裝置的設(shè)計為聽覺系統(tǒng)聲源定位的研究提供了更完備的實驗給聲裝置。
　　第二部分:大鼠初級聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域特性本實驗在33只健康成年的SD(Sprag

4、ue-Dawley)大鼠上進(jìn)行。應(yīng)用電生理胞外記錄技術(shù),以神經(jīng)元特征頻率(characteristic frequency,CF)、閾上10～20 dB的純音為探測聲刺激條件,記錄大鼠初級聽皮層(AI區(qū))神經(jīng)元對前方半球聽空間的反應(yīng)域。在記錄空間反應(yīng)域時,動物的正前方為空間零點,喇叭水平方位運動的范圍為+90°～—90°(記錄皮層對側(cè)為正),垂直方位運動的范圍為+90°～—90°(0°上方為正);水平和垂直方位均每隔30°為一個測試方位

5、,總共37個空間聲刺激方位,在每個空間方位給予30次聲刺激。共分析了65個神經(jīng)元的空間反應(yīng)域,分別分析了以放電數(shù)和首次發(fā)放潛伏期為指標(biāo)的空間反應(yīng)域特征。在以反應(yīng)放電數(shù)為指標(biāo)的聽空間反應(yīng)域中,依據(jù)神經(jīng)元聽空間偏好區(qū)域的幾何中心在空間分布位置的不同將神經(jīng)元分為五種類型:對側(cè)偏好型神經(jīng)元(contralateral hemisphere preference neuron,Contra,44/65,67.7％)、同側(cè)偏好型神經(jīng)元(ipsila

6、teral hemisphere preference neuron,Ipsi,11/65,16.9%)、中間偏好型神經(jīng)元(midline preference neuron,Mid,3/65,4.6%)、全向型神經(jīng)元(omnidirectional neuron,Omni,4/65,6.2%)、復(fù)雜型神經(jīng)元(complex neuron,Comp,3/65,4.6%)。依據(jù)神經(jīng)元反應(yīng)潛伏期較短區(qū)域的幾何中心在空間分布位置的不同將神經(jīng)元

7、分為五種類型:L-對側(cè)野神經(jīng)元(L-contralateral neuron,37/65,56.9%)、L-同側(cè)野神經(jīng)元(L-ipsilateral neuron,10/65,15.4%)、L-中間神經(jīng)元(L-midline neuron,7/65,10.8%)、L-全向型神經(jīng)元(L-omnidirectional neuron,2/65,3.1%)、L-復(fù)雜型神經(jīng)元(L-complex neuron,9/65,13.8%)。神經(jīng)元以反

8、應(yīng)放電數(shù)為指標(biāo)的空間反應(yīng)域和以首次發(fā)放潛伏期為指標(biāo)的空間反應(yīng)域均呈現(xiàn)出典型的等級結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元對其偏好區(qū)域放電水平較非偏好區(qū)域高,偏好區(qū)域放電潛伏期較非偏好區(qū)域的短;71%的神經(jīng)元在其整個空間反應(yīng)域中反應(yīng)放電水平與潛伏期數(shù)值之間存在顯著負(fù)相關(guān)(p＜0.05);神經(jīng)元空間反應(yīng)偏好區(qū)域的幾何中心與潛伏期較短區(qū)域的幾何中心在空間朝向上一致程度很高。實驗結(jié)果顯示,大鼠AI區(qū)神經(jīng)元對空間方位具有選擇性,通常偏好對側(cè)空間方位的神經(jīng)元居多;大多數(shù)神經(jīng)元

9、的首次發(fā)放潛伏期數(shù)值與放電數(shù)之間存在顯著負(fù)相關(guān),在潛伏期上表現(xiàn)出的神經(jīng)元空間偏好特性與通過反應(yīng)放電率表現(xiàn)出的偏好性基本相似。
　　第三部分:超前噪聲對大鼠聽皮層神經(jīng)元空間反應(yīng)域影響的時間特征本實驗以噪聲模擬自然界的復(fù)雜聲音背景,觀察超前噪聲條件下,大鼠初級聽皮層(AI區(qū))神經(jīng)元空間反應(yīng)域變化的時間特征。實驗中,以寬帶噪聲為條件聲,神經(jīng)元CF的純音為探測聲;兩聲聲強分別為噪聲和純音閾值以上10～20dB。在超前噪聲條件下,改變兩刺激

10、聲之間的時間間隔(inter-stimulus interval,ISI),觀察神經(jīng)元對純音反應(yīng)的空間反應(yīng)域變化情況,并將其與安靜條件下的反應(yīng)域進(jìn)行比較。結(jié)果顯示,ISI越短,超前噪聲對神經(jīng)元的純音反應(yīng)抑制越強;表現(xiàn)為反應(yīng)放電數(shù)減少、反應(yīng)域面積變小,神經(jīng)元對部分空間方位聽反應(yīng)潛伏期變長。隨著ISI變長,神經(jīng)元對探測聲的反應(yīng)恢復(fù);表現(xiàn)為反應(yīng)放電數(shù)、反應(yīng)域面大小和反應(yīng)潛伏期均逐漸恢復(fù)。ISI的變化對神經(jīng)元偏好的空間方位較非偏好的空間方位影響